ERA5对拉曼激光雷达水汽反演的标定与分析

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作者 王雯慧 曹念文 《激光与红外》 北大核心 2025年第1期120-129,共10页

在探测大气水汽方面,拉曼激光雷达是精度较高的探测方法。探空资料经常用来对拉曼激光雷达反演水汽进行标定和对比分析,但是探空资料在时间和空间上具有局限性,在无探空数据时,拉曼激光雷达的标定和反演受限。ERA5再分析资料与探空资料... 在探测大气水汽方面,拉曼激光雷达是精度较高的探测方法。探空资料经常用来对拉曼激光雷达反演水汽进行标定和对比分析,但是探空资料在时间和空间上具有局限性,在无探空数据时,拉曼激光雷达的标定和反演受限。ERA5再分析资料与探空资料的相似度较高,时空分辨率比探空数据高。对安徽地区ERA5水汽混合比数据的适用性进行了分析,结果表明在安徽两个探空站ERA5资料与探空资料的水汽混合比相关性较好,整体偏差较小。因此在无探空数据的合肥地区,选择ERA5再分析资料作为参考数据,对拉曼激光雷达反演水汽混合比进行标定。将标定常数代入水汽混合比的反演公式,得到水汽混合比在高度上的垂直廓线,将反演结果与探空站插值得到的合肥水汽混合比廓线进行对比分析,在0.5~1.5 km高度内,相对误差大概在-15%~7%范围内。结果表明拉曼激光雷达反演的水汽混合比与探空站插值得到的合肥水汽混合比具有较好的一致性,验证了ERA5资料对拉曼激光雷达反演水汽混合比标定的可行性。 展开更多

关键词 拉曼激光雷达 水汽混合比 ERA5再分析资料 探空资料

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基于干涉滤光片的拉曼激光雷达误差分析

2

作者 张博文 范广强 张天舒 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1928-1935,共8页

纯转动拉曼激光雷达具有准直性好、时空分辨率高等特点被广泛用于大气温度垂直廓线探测。本文基于干涉滤光片设计分光光路,定量分析了滤光片中心波长和带宽造成的温度测量不确定度。使用比值法简化计算了滤光片对弹性散射信号抑制不足... 纯转动拉曼激光雷达具有准直性好、时空分辨率高等特点被广泛用于大气温度垂直廓线探测。本文基于干涉滤光片设计分光光路,定量分析了滤光片中心波长和带宽造成的温度测量不确定度。使用比值法简化计算了滤光片对弹性散射信号抑制不足造成的泄露误差。通过不同带宽滤光片标定了系统参数,并分析了系统参数对反演温度时拟合误差的影响。针对滤光片固定时的角度误差,评估了其引入的随机误差。结果表明,系统实际选择的滤光片中心波长和0.5 nm/0.3 nm带宽产生的误差小于1.2 K,抑制比大于6为宜,使用低阶函数产生的拟合误差可以忽略,滤光片固定角度误差应小于0.5°。并基于纯转动拉曼激光雷达方程模拟仿真回波信号并反演温度廓线,分析了温度测量的误差分布,总误差小于1.2 K。 展开更多

关键词 纯转动拉曼激光雷达 干涉滤光片 温度探测 误差分析

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探测低空大气温度分布的转动拉曼激光雷达 被引量：12

3

作者 刘玉丽 张寅超 +3 位作者 苏嘉 岳古明 周军 胡欢陵 《光电工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第10期43-48,共6页

提出了一种新的探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达方法,通过测量N2和O2的后向散射的纯转动拉曼谱的强度,计算它们的比值来确定大气温度的垂直分布,并对其性能进行了数值模拟。转动拉曼激光雷达的光源是一个调Q的Nd:YAG激光器,... 提出了一种新的探测对流层低层大气温度的转动拉曼激光雷达方法,通过测量N2和O2的后向散射的纯转动拉曼谱的强度,计算它们的比值来确定大气温度的垂直分布,并对其性能进行了数值模拟。转动拉曼激光雷达的光源是一个调Q的Nd:YAG激光器,经扩束器后输出能量200mJ;采用双光栅单色仪提取所需要的氮气和氧气的转动拉曼谱;接收机采用光电倍增管和双通道光子计数器,量子效率是10%(48000个脉冲累加)。夜晚它对近地面10.2km高度内的探测信噪比在10:1以上,白天它对近地面3.6km高度内的探测信噪比在10:1以上,计算的温度与模拟用的温度真值阔线相差约0.3K。 展开更多

关键词 拉曼激光雷达 大气激光探测 大气温度 光栅单色仪

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用于大气温度廓线测量的瑞利-拉曼激光雷达 被引量：11

4

作者 卜令兵 郭劲秋 +3 位作者 田力 黄兴友 刘博 冯永伟 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1449-1452,共4页

大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用,为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布,建立了瑞利-拉曼温度测量激光雷达。介绍了瑞利-拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利-拉曼激光雷达的主要参数;数据... 大气温度廓线及其时间演变特征资料在地球科学领域具有重要的应用,为获取高时空分辨的大气温度的垂直分布,建立了瑞利-拉曼温度测量激光雷达。介绍了瑞利-拉曼激光雷达进行温度测量的主要原理和研制的瑞利-拉曼激光雷达的主要参数;数据处理方面,通过背景噪声剔除和小波算法降噪提高系统的信噪比;使用研制的激光雷达对大气温度廓线进行观测,将观测结果与大气模式数据和卫星观测结果进行对比,均显示较好的一致性,证明了激光雷达温度测量结果的准确性,其温度测量数据可以用于气象学研究。 展开更多

关键词 瑞利-拉曼激光雷达 大气温度廓线 小波降噪 温度反演

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用于测量对流层水汽的拉曼激光雷达 被引量：10

5

作者 尚震 谢晨波 +6 位作者 钟志庆 王邦新 王珍珠 赵明 谭敏 刘东 王英俭 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期177-182,共6页

水汽在大气中含量很少,但变化很大,变化范围在0.1%~4%之间,水汽绝大部分集中在对流层。随着光电探测技术的不断发展,大气衰减对光电探测造成的影响也越来越显著,其中水汽是主要影响因子之一,也是最为不确定参数。光电探测中常用红外波段... 水汽在大气中含量很少,但变化很大,变化范围在0.1%~4%之间,水汽绝大部分集中在对流层。随着光电探测技术的不断发展,大气衰减对光电探测造成的影响也越来越显著,其中水汽是主要影响因子之一,也是最为不确定参数。光电探测中常用红外波段,但是水汽分子浓度较大,对辐射吸收造成很大的影响。拉曼激光雷达是测量大气水汽的主要技术手段之一。介绍了自行研制的水汽测量拉曼激光雷达的总体结构和主要技术参量。测量结果显示：该激光雷达可以对夜晚8 km高度范围内以及白天边界层内的水汽进行测量。实验数据与当地探空数据进行比对,取得了较好的一致性,充分验证了该拉曼激光雷达测量水汽的有效性和可靠性。 展开更多

关键词 水汽混合比 对流层光电探测 拉曼激光雷达 垂直对流层

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基于光纤F-P滤波器全光纤水汽拉曼激光雷达系统的设计与分析 被引量：6

6

作者 王玉峰 华灯鑫 +1 位作者 王红伟 狄慧鸽 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期103-109,共7页

提出并设计了一套基于光纤F-P滤波器的可见波长域全光纤水汽拉曼激光雷达系统,实现对大气水汽和气溶胶的精细探测。讨论了光纤F-P腔内损耗和腔镜反射率对F-P透射谱的细度、峰值透过率以及带宽的影响,得到腔内损耗在小于3%的情况下,光纤... 提出并设计了一套基于光纤F-P滤波器的可见波长域全光纤水汽拉曼激光雷达系统,实现对大气水汽和气溶胶的精细探测。讨论了光纤F-P腔内损耗和腔镜反射率对F-P透射谱的细度、峰值透过率以及带宽的影响,得到腔内损耗在小于3%的情况下,光纤F-P滤波器具有较高的峰值透过率(大于0.5)和较窄的谱线带宽(小于0.9 nm)。通过结合光纤带通滤波器和二级级联光纤F-P滤波器的参数设计,在三个独立的光通道中分别实现水汽拉曼信号(660 nm)、氮气拉曼信号(606 nm)和米瑞利信号(532 nm)的窄带宽、高透过率严格滤波,并获得对杂散光的高抑制率。通过系统仿真,对各散射信号强度分布、水汽廓线和探测信噪比进行了数值仿真计算,验证了系统方案的可行性。 展开更多

关键词 遥感 水汽 拉曼激光雷达 光纤F-P滤波器

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全光纤转动拉曼激光雷达的光纤光栅分光技术研究 被引量：4

7

作者 李仕春 华灯鑫 +2 位作者 宋跃辉 辛文辉 张爱 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期110-115,共6页

设计了一款由可见光波段的光纤布喇格光栅和光纤耦合器构建的全光纤转动拉曼激光雷达分光系统。利用相位掩模板侧向成功刻写530 nm波段光纤布喇格光栅,并初步测试其透射谱和反射谱性能。为提高光纤光栅中心波长与大气氮气分子转动拉曼... 设计了一款由可见光波段的光纤布喇格光栅和光纤耦合器构建的全光纤转动拉曼激光雷达分光系统。利用相位掩模板侧向成功刻写530 nm波段光纤布喇格光栅,并初步测试其透射谱和反射谱性能。为提高光纤光栅中心波长与大气氮气分子转动拉曼谱线的匹配特性,利用悬臂梁设计高调谐灵敏度的调谐系统。实验结果表明,成功研制的可见光波段光纤布喇格光栅反射率约为95%,带宽约为0.3 nm,应力调谐系统可实现±0.6 nm范围18 pm/r的波长调谐。 展开更多

关键词 遥感 转动拉曼激光雷达 全光纤分光系统 光纤布喇格光栅 悬臂梁调谐

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拉曼激光雷达测量大气二氧化碳不确定性分析 被引量：3

8

作者 胡顺星 张世国 +1 位作者 苑克娥 吕炜煜 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第1期79-83,共5页

中国科学院安徽光学精密机械研究所研制了一台ARL-1二氧化碳拉曼激光雷达,结合实际大气条件,利用拉曼激光雷达的观测例子和分析仪观测结果,分析了拉曼激光雷达测量大气二氧化碳的不确定性。分析结果表明,拉曼激光雷达在对流层低层具有... 中国科学院安徽光学精密机械研究所研制了一台ARL-1二氧化碳拉曼激光雷达,结合实际大气条件,利用拉曼激光雷达的观测例子和分析仪观测结果,分析了拉曼激光雷达测量大气二氧化碳的不确定性。分析结果表明,拉曼激光雷达在对流层低层具有良好的稳定性和较高的测量精度,在较好的天气条件下,1 km高度范围内,ARL-1拉曼激光雷达的测量不确定性可控制在1.2 ppm内,在2 km高度范围内可控制在2.5 ppm内。 展开更多

关键词 大气光学 拉曼激光雷达 大气二氧化碳 不确定性

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非线性拉曼激光雷达系统检测CO_2气体的受激拉曼过程(英文) 被引量：2

9

作者 赵曰峰 张寅超 +5 位作者 洪光烈 刘小勤 曹开法 方欣 赵培涛 刘玉丽 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第12期1778-1782,共5页

利用气体的受激拉曼散射增益效应的非线性雷达技术是探测大气中的CO2气体的重要方法,用Nd:YAG固体激光器(1 064 nm)的三倍频光(354.7 nm)注入装有CO2和N2高压气体的拉曼管中,气体的受激拉曼散射(SRS)过程产生两种气体的一阶斯托克斯光,... 利用气体的受激拉曼散射增益效应的非线性雷达技术是探测大气中的CO2气体的重要方法,用Nd:YAG固体激光器(1 064 nm)的三倍频光(354.7 nm)注入装有CO2和N2高压气体的拉曼管中,气体的受激拉曼散射(SRS)过程产生两种气体的一阶斯托克斯光,用来作为拉曼雷达的发射种子光源。介绍了产生光源的实验装置,论述了SRS中气体气压变化与一阶斯托克斯光能量输出变化的定量关系,得到最佳能量输出的优化条件,并对SRS中一阶斯托克斯光产生过程的物理机制进行了讨论。并根据光源的试验结果,设计了非线性受激拉曼雷达系统,对前期的普通拉曼雷达进行了实验,得到了初步的实验结果。 展开更多

关键词 非线性拉曼激光雷达 大气二氧化碳 受激拉曼散射过程

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悬空波导的拉曼激光雷达探测能力仿真统计研究 被引量：1

10

作者 马征征 《电波科学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期376-381,共6页

基于高空气球探空仪实测的34例悬空波导事件,仿真研究了拉曼激光雷达对其的探测能力,以指导设备选型和工作模式设置.利用蒙特卡洛方法计算了典型配置下激光雷达对各个波导的辨识概率,统计得到了平均辨识概率和能够辨识波导数.进一步考... 基于高空气球探空仪实测的34例悬空波导事件,仿真研究了拉曼激光雷达对其的探测能力,以指导设备选型和工作模式设置.利用蒙特卡洛方法计算了典型配置下激光雷达对各个波导的辨识概率,统计得到了平均辨识概率和能够辨识波导数.进一步考察了辨识概率随波导参数的分布,以及雷达参数对探测能力的影响.结果表明:拉曼激光雷达系统对悬空波导的辨识能力具有显著的挑剔性.最后,给出推荐的设备型号和工作模式. 展开更多

关键词 悬空波导 拉曼激光雷达 辨识概率 探测能力

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拉曼散射激光雷达反演二氧化碳测量结果的可靠性分析 被引量：3

11

作者 苑克娥 张世国 +6 位作者 胡顺星 林金明 邵石生 曹开法 黄见 徐之海 徐惠玲 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期1135-1139,共5页

拉曼散射法测量大气二氧化碳(CO2)是一种利用大气中CO2分子和N2分子与激光相互作用产生Raman散射频移来实现探测CO2混合比分布的探测技术。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所自主研制的拉曼散射激光雷达系统,以及用于大气CO2时空... 拉曼散射法测量大气二氧化碳(CO2)是一种利用大气中CO2分子和N2分子与激光相互作用产生Raman散射频移来实现探测CO2混合比分布的探测技术。介绍了中国科学院安徽光学精密机械研究所自主研制的拉曼散射激光雷达系统,以及用于大气CO2时空间分布测量的原理和方法。将两台事先校准过的CO2分析仪布置在激光雷达水平光路的发射端和1km位置进行同时测量,实验结果表明:两台分析仪分别与激光雷达近端和远端得到的CO2混合比随时间的变化具有较好的一致性,统计一整夜测量结果的平均值分别相差0.8ppm和3.51ppm;结合激光光路下垫面的不同对近端与远端结果的差异进行了分析说明,充分表明了拉曼散射激光雷达测量结果的可靠性。 展开更多

关键词 拉曼散射激光雷达 大气二氧化碳 混合比

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大气CO_2含量分布激光雷达监测 被引量：7

12

作者 赵曰峰 张寅超 +6 位作者 洪光烈 赵培涛 苏嘉 谢军 方欣 刘玉丽 屈凯峰 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第3期355-359,共5页

为有效地控制温室效应和气候剧变,准确可靠地监测CO2气体的变化就变得十分重要。拉曼雷达测量大气中CO2气体含量是一种技术先进的可靠方法。介绍了利用气体的拉曼散射效应来测量CO2含量分布的拉曼激光雷达,分析了拉曼雷达的基本原理,设... 为有效地控制温室效应和气候剧变,准确可靠地监测CO2气体的变化就变得十分重要。拉曼雷达测量大气中CO2气体含量是一种技术先进的可靠方法。介绍了利用气体的拉曼散射效应来测量CO2含量分布的拉曼激光雷达,分析了拉曼雷达的基本原理,设计了具体的实验检测系统,介绍了实验系统各工作件参数情况。对拉曼雷达的回波信号的反演方法进行了具体阐述,初步取得了大气中CO2气体含量分布规律,合肥地区的二氧化碳气体含量大约在350-400 ppmv范围内波动。 展开更多

关键词 激光技术 二氧化碳气体 拉曼激光雷达 信号反演

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激光雷达探测青藏高原气溶胶吸湿增长

13

作者 张博文 范广强 +1 位作者 张天舒 项衍 《激光与红外》 2025年第2期215-225,共11页

本研究使用多波长Mie-Raman激光雷达收集相对湿度和气溶胶光学参数等数据,研究吸湿增长对气溶胶颗粒光学和微物理特性的影响。选取青藏高原林芝机场观测的两个典型案例,在二维分析层面进行深入分析。无论Case1还是Case2,激光雷达探测数... 本研究使用多波长Mie-Raman激光雷达收集相对湿度和气溶胶光学参数等数据,研究吸湿增长对气溶胶颗粒光学和微物理特性的影响。选取青藏高原林芝机场观测的两个典型案例,在二维分析层面进行深入分析。无论Case1还是Case2,激光雷达探测数据都表明,吸湿增长因子首先表现出快速上升的趋势,然后随着相对湿度的增加而缓慢增长。为了提高分析的准确性,对几种模型进行了拟合和比较。结果表明,本文提出的三参数模型具有最高的相关系数,证明了其有效性和准确性。此外,通过将观测数据与浊度计进行对比,进一步验证了多波长Mie-Raman激光雷达在识别气溶胶吸湿增长特性的可靠性。结果表明,在不同高度观测气溶胶的吸湿增长因子后,气溶胶颗粒的吸湿性、沉降性和吸收饱和度有明显的增强趋势。这一发现增加了对气溶胶性质的重要理解,并为青藏高原大气环境变化的研究提供了重要的经验支持。 展开更多

关键词 拉曼激光雷达 气溶胶探测 吸湿增长 光学特性

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北京2014年冬季边界层高度与颗粒物浓度的相关性研究 被引量：7

14

作者 谭敏 谢晨波 +4 位作者 王邦新 吴德成 马晖 刘东 王英俭 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2018年第7期177-184,共8页

拉曼激光雷达已经广泛应用于大气气溶胶、大气温度和水汽的空间分布及时间演变特征测量。为了获取北京污染期间大气气溶胶边界层的特征,2014年11月~2015年1月期间在中国科学院大学雁栖湖校区利用拉曼激光雷达进行连续观测。使用梯度法... 拉曼激光雷达已经广泛应用于大气气溶胶、大气温度和水汽的空间分布及时间演变特征测量。为了获取北京污染期间大气气溶胶边界层的特征,2014年11月~2015年1月期间在中国科学院大学雁栖湖校区利用拉曼激光雷达进行连续观测。使用梯度法处理激光雷达观测数据得到边界层高度,同时与国家环保部提供的当地颗粒物浓度数据进行对比。观测期间灰霾天共出现15天,污染天出现27天,干净天出现24天。灰霾天、污染天和干净天三种情况下的平均大气边界层高度范围分别为0.6~0.9、0.9~1.3、1~1.9 km;PM_(2.5)的质量浓度范围分别为143~203、77~90、17~34μg/m^3;PM_(10)的质量浓度范围分别为170~271、103~153、33~78μg/m^3。研究结果表明:北京地区大气边界层高度对近地面颗粒物浓度具有明显的负相关影响。干净天、污染天和灰霾天下的PM_(2.5)和PM_(10)的质量浓度变化率随大气边界层高度降低而依次增大。灰霾天大气边界层高度引起的PM_(2.5)质量浓度平均变化率为-242.4μg·m^(-3)/km,约为污染天(-114.8μg·m^(-3)/km)的两倍,干净天(-77.4μg·m^(-3)/km)的三倍;灰霾天大气边界层高度引起的PM_(10)质量浓度平均变化率为-224.2μg·m^(-3)/km,约为污染天(-117.6μg·m^(-3)/km)的两倍,干净天(-90.4μg·m^(-3)/km)的两倍。 展开更多

关键词 拉曼激光雷达 大气边界层高度 颗粒物 大气污染

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《量子电子学报》2013年(第30卷)总目次

15

《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期759-765,共7页

关键词 测风激光雷达 拉曼激光雷达 星载激光雷达 量子电子学报 多普勒激光雷达 钠激光雷达 程学武 目次

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